新能源汽車電的基礎知識

新能源汽車電的基礎知識

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

電的基礎知識

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知

識

研究目標

1.能夠解釋電的常用名詞的含義，說出常見電器元件的特

點和作用；

2.能夠應用歐姆定律和焦耳定律進行實際計算；

3.能夠正確描述電的四大效應，說出其各自的實際用途；

4.能夠正確理解電功和電功率，并根據(jù)已知量計算

電功和電功率值；

5.能夠分辨并說出直流電與交流電的區(qū)別；

重點

1.能夠應用歐姆定律和焦耳定律進行實際計算；

2.能夠正確描述電的四大效應，說出其各自的實際用途；

3.能夠分辨并說出直流電與交流電的區(qū)別;

難點

1.能夠應用歐姆定律和焦耳定律進行實際計算；

2.可以正確理解電功和電功率，并按照量計算電功和電功

率值；

3.可以分辨并說出直流電與交流電的區(qū)別；

實際常識

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

一、電的常用概念

（一）名詞解釋

1.電

電（又稱電力）是一種客觀存在的物質，是一種能做功的

能量。根據(jù)電子學說，物質在外力如摩擦、電場力或化學反應

等作用下，失去或獲得電子，就帶了電。生活中的電是由水力、

火力、核能轉化為機械能，再由旋轉磁場中的導體受電場力的

作用產(chǎn)生交流電或直流電。電或電荷有兩種:我們把一種叫做

正電，另一種叫做負電。

2.電荷

電荷是電的量度，慣上也把帶電體本身簡稱電荷，電子是

其最小單元。任何物體都含有大量的極微小帶正電和帶負電質

點，在正常前提下，這些帶正電和帶負電質點在數(shù)量上是相稱

的。由于某種原因，使負電荷多于（或少于）正電荷，因而這

個物體便帶負電或帶正電。電荷以字母Q表示，單位為庫倫

（C）o一個電子的電荷是l.xlO-19

3

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識庫侖

（通常取Q=1.6xlO-19C）o

3.電場

電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質。

電場這種物質與通常的實物不同，它不是由分子原子所組成，

但它是客觀存在的，電場具有通常物質所具有的力和能量等客

觀屬性。電場的力的性質表現(xiàn)為：電場對放入其中的電荷有作

用力，這種力稱為電場力。電場的能的性質表現(xiàn)為：當電荷在

電場中移動時，電場力對電荷做功（這說明電場具有能量）。

4.電壓

電壓也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中

由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電

荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向

規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特

（V,簡稱伏），常用的單位還有毫伏（mV）、微伏（pV）、

千伏（kV）等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需

要指出的是，"電壓''一詞一般只用于電路當中，“電勢差''和

“電位差”則普遍應用于一切電現(xiàn)象當中。

4.電流

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

電流：通常我們把電荷的有規(guī)律的運動叫電流。

電流強度：是表示電流大小的一個量，指每單位時間穿過

導體截面積的電荷，以字母I表示，單位為安培（A）,簡稱

安，慣上往往把電流密度簡稱電流。

電流密度：經(jīng)由過程單位面積的電流的大小叫做電流密度,

以字母j表示，單位為安/毫米2。

5.電動勢

電動勢的定義:一個電源可以使電流延續(xù)不斷沿電路流動,

就是因為它能使電路兩頭維持肯定的電位差。這種電路兩頭產(chǎn)

生和維持電位差的本領就叫電源電動勢

電動勢的單位是：伏,用字母E表示，計算公式為E=A/Q

(該公式表明電源將其它形式的能轉化成電能的能力)其中A

為外力所作的功,Q為電荷量,E為電動勢

電源內電動勢的偏向:由低電位移向高電位

6.電阻

電阻：對電流有阻礙作用，并把電能不可逆轉地轉換為其

它形式的能量的二端元件稱為電阻，以字母R或r表示，單位

為XXX(Q),簡稱歐。

由電子在導體中構成電流是由于其定向移動的結果，在定

向移動過程中，其要受到一些影響因素，如電子熱活動的影響,

因為任何粒子在溫度不為零時都要做熱活動，這個熱活動是不

劃定規(guī)矩的，對劃定規(guī)矩的定向移動來講是個反向的影響，即

障礙感化，因此，導體的電阻隨通電工夫即溫度而變化。別的，電

子還要受到大量原子核的平均障礙感化，電子之間的障礙感化,

電子間的碰撞，電子與原子核的碰撞等等.固然在各個障礙因素

中有的影響較大有的較小,這些微觀上的障礙因素在宏觀上就

構成了電阻。

電阻

7.電

電：通常簡稱其容納電荷的本領為電容，用字母C表示。

定義1：電，顧名思義，是“裝電的“，是一種容納電荷的

器件。電是電子設備中大量使用的電子元件之一，廣泛應用于

電路中的隔直通交，耦合，旁路，濾波，調諧回路，能量轉換,

控制等方面。

定義2：電，任何兩個相互絕緣且相隔很近的導體（包孕

導線）間都構成一個

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識電。

電容與電不同。電容為基本物理量，符號C,單位為F

（法拉）。

通用公式：C=Q/U

平行板電專用公式：板間電場強度E=U/d,電電容決定式

C=￡S/47ikdo

￡：介質介電常數(shù)，相對介電常數(shù)。（3：真空中的絕對介

電常數(shù)=8.86xlO-12F/m）

k：靜電力常量,k=8.9880xl09,單位:N-m2/C2（牛頓米2/庫

侖2)

71：3....

S：兩極板正對面積

d：南北極板間垂直間隔

電容漏電：

理想的電容應該是在兩個極板之間夾著的是絕緣的介質。

然而，這其中的介質卻往往不是那么理想的絕緣，這樣就會有

少量的電流穿過介質層而形成漏電。對漏電流的測試儀不同于

一般測量電阻的測試儀，它是在一定的設定電壓下來測量漏電

流的。簡單的說可以用穩(wěn)壓電源串接電流表來測量漏電流，測

量時把穩(wěn)壓電源的輸出電壓設定到電容的標稱電壓值即可。

對地電容電流：

輸、配電線路對地存在電容，三相導線之間也存在著電容。

當導線充電后，導線就與大地存在了一個電場，導線會經(jīng)由過

程大氣向大地（另二相導線也拆算到地）放電，將導線從頭到

尾的放電電流“歸算”到一點，這個“假想”的電流就是各相對地

電容電流。在一些特殊場合，必須用電纜輸電.例如高壓輸電

線經(jīng)過大城市時，接納公開電纜；輸電線經(jīng)過海峽時，要用海

底電纜。由于電纜芯線與大地之間構成同軸電，在交流高壓輸

電線路中，空載電容電流極為可觀.一條200kV的電纜，每

千米的電容約為0.2四，每千米需供給充電功率約3xlO3kw,

在每千米輸電線路上，每年就要耗電2.6xl07kw/ho而在直流

輸電中，由于電壓波動很小，根本上沒有電容電流加在電纜上。

8.電感

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

電感：自感與互感的統(tǒng)稱。

自感：當閉合回路中的電流發(fā)生變化時，則由這電流所產(chǎn)

生的、穿過回路本身的磁通也發(fā)生變化，因此在回路中也將感

應電動勢，這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。這種感應電動勢叫做自感電

動勢。穿過回路所包圍面積的磁通與產(chǎn)生此磁通的電流之間的

比例系數(shù)，叫做回路的自感系數(shù)，簡稱自感或電感，其數(shù)值即

是單位工夫內，電流變化一個單位時由于自感而引起的電動勢,

以字母L表示，單位為XXX(H),簡稱亨。

互感：如果有兩只線圈互相靠近，則其中第一只線圈中電

流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈。當?shù)谝恢痪€圈

中電流發(fā)生變化時，則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化,

在第二只線圈中產(chǎn)生感應電動勢。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。由

第一只線圈的電流所產(chǎn)生而與第二只線圈相環(huán)鏈的磁通鏈與該

電流的比例系數(shù)叫做第一只線圈對第二只線圈的互感系數(shù)，簡

稱互感，以字母M表示，單位為XXX(H),簡稱亨。

9.電涌

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

10.電弧

電?。弘娀∈且环N氣體放電現(xiàn)象，電暢通流暢過某些絕緣

介質(例如氛圍)所產(chǎn)生的瞬間火花。

11.絕緣

(1)絕緣的作用

絕緣是用絕緣材料把帶電體隔離起來，實現(xiàn)帶電體之間、

帶電體與其他物體之間的電氣隔離、使設備能長期安全、正常

地工作，同時可以防止人體觸及帶電部分，避免發(fā)生觸電事故,

所以絕緣在電氣安全中有著十分重要的作用。良好的絕緣是設

備和線路正常運行的必要條件，也是防止觸電事故的重要措施。

絕緣具有很強隔電能力，被廣泛地應用在許多電器、電氣

設備、裝置及電氣工程上，如膠木、塑料、橡膠、云母及礦物

油等都是常用的絕緣材料。

(2)絕緣破壞

絕緣材料經(jīng)過一段時間的使用會發(fā)生絕緣破壞。絕緣材料

除因在強電場作用下被擊穿而破壞外，自然老化、電化學擊穿、

機械損傷、潮濕、腐蝕、熱老化等也會降低其絕緣性能或導致

絕緣破壞。

絕緣體承受的電壓超過一定數(shù)值時，電流穿過絕緣體而發(fā)

生放電現(xiàn)象稱為電擊穿。

氣體絕緣在擊穿電壓消失后，絕緣性能還能規(guī)復；液體絕

緣多次擊穿后，將嚴峻降低絕緣性能；而固體絕緣擊穿后，就

不克不及再規(guī)復絕緣性能。

在長時間存在電壓的情況下，由于絕緣材料的自然老化、

電化學作用熱效應作用，使其絕緣性能逐漸降低，有時電壓并

不是很高也會造成電擊穿。所以絕緣需定期檢測，保證電氣絕

緣的安全可靠。

12.屏護

屏護的概念、特性、種類

(1)概念：屏護是指采用專門的裝置把危險的帶電體同

外界隔離開來，防止人體接觸或過分接近帶電體、電氣設備發(fā)

生短路，以及便于安全操作的安全防護措施。

屏護裝置主要包括：遮欄、柵欄、圍墻、罩蓋、箱閘、保

護網(wǎng)等。

(2)特點：屏護的特點是屏護裝置不直接與帶電體接觸,

對所用材料的電氣性能無嚴格要求，但應有足夠的機械強度和

良好的耐火性能。

(3)分類：

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

①屏護裝置按作用不同，可分為屏蔽裝置和障礙裝置(或

稱阻擋物)兩種。兩者的區(qū)別在于：屏蔽可以能防止人體有意

識和無意識觸及或接近帶電體；障礙只能防止人體無意識觸及

或接近帶電體，而不能防止有意識移開、繞過或翻越該障礙觸

及或接近帶電體。從這點來說，前者屬于一種完全的防護，而

后者是一種不完全的防護。

②屏護裝置按使用要求分為永久性屏護裝置和臨時

性屏護裝置兩種。前者如配電裝置的遮欄、開關的革

蓋等；后者如檢修工作中使用的臨時屏護裝置和臨時

設備的屏護裝置等。

③屏護裝置按使用對象分為固定屏護裝置和移動屏護裝置

兩種。如母線的護網(wǎng)就屬于固定屏護裝置；而跟隨XXX的天

車滑線屏護裝置就屬于移動屏護裝置。

(二)人體內的電流

人體也是通過電流控制的。人體內有電流，這是一種正常

的生理現(xiàn)象。當你在課堂上思維時，就會產(chǎn)生電流；當你在運

動場奔跑時，肌肉收縮也會產(chǎn)生電流；人的心臟跳動時，肌肉

收縮又會產(chǎn)生電流；如果用現(xiàn)代醫(yī)學電子儀器對你進行測試，

你在看報時，光線進了你的眼睛視網(wǎng)膜細胞便產(chǎn)生生物電信號,

通過神經(jīng)傳入大腦，大腦也會產(chǎn)生腦電流，進而引起你的一系

列思考……

人體“電流”是如何產(chǎn)生的呢？原來，細胞是人體的“發(fā)電

機因為細胞膜內外存在著漫衍不均勻的帶電離子，當細胞

未受到外界刺激時，它們尚可以“安分守己一旦細胞受到外

界刺激，這些帶電離子便活躍起來，在細胞膜內外絡繹不絕，

構成電壓，產(chǎn)生電流，這種電流我們稱為生物電流。

每每在觸電時外部電流會打亂身材掌握，在沒法正常掌握

自己身材時就會產(chǎn)生致命的危險。

二、直流電/交流電的介紹

（一）直流電

直流：大小和方向不隨時間變化的電流稱為直流，又稱穩(wěn)

恒電流。

直流：恒定電流是指大小（電壓高低）和方向（正負極）

都不隨時間（相對范圍內）

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識而變

化，比如干電池。脈動直流電是指方向（正負極）不變，但大

小隨時間變化，比如：我們把50Hz的交流電經(jīng)過二極管整流

后得到的就是典型脈動直流電，半波整流得到的是50Hz的脈

動直流電，如果是全波或橋式整流得到的就是100Hz的脈動

直流電，它們只有經(jīng)過濾波（用電感或電容）以后才變成平滑

直流電，當然其中仍存在脈動成分（稱紋波系數(shù)），大小視濾

波電路的濾波效果。

以電動車電池組為例，直流電所通過的電路稱直流電路，

是由直流電源和電阻構成的閉合導電回路。

直流電是電荷的單向流動大概移動，電流密度隨著工夫而

變化，但是通常移動的偏向在所有工夫里都是一樣的。

在該直流電路中，形成恒定的電場。

在電源外，正電荷經(jīng)電阻從高電勢處流向低電勢處，在電

源內，靠電源的非靜電力的作用，克服靜電力，再從低電勢處

到達高電勢處，如此循環(huán)，構成閉合的電流線。

在直流電路中，電源的感化是提供不隨工夫變化的恒定電

動勢，為在電路上的元件提供能量。

（二）交流電

交流：又稱交流電或交變電流，是指大小和方向隨時間作

周期性變化的電流，通常指的交流電是指正弦電流。

正弦電流：按正弦規(guī)律隨時間變化的交變電流叫做正弦電

流。

非正弦電流：不按正弦規(guī)律隨時間變化的交變電流叫做非

正弦電流。

脈動電流：大小隨時間變化而方向不變的電流，叫做脈動

電流。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

正弦交流電三個要素：最大值（峰值）、周期（頻率或角

頻率）和相位（初相位）。交流電所要討論的基本問題是電路

中的電流、電壓關系以及功率（或能量）的分配問題。由于交

流電具有隨時間變化的特點，因此產(chǎn)生了一系列區(qū)別于直流電

路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容

元件和電感元件，使用的元件多了，現(xiàn)象和規(guī)律就復雜了。

交流電的產(chǎn)生:

發(fā)電機原理圖

交流電產(chǎn)生的原理是電磁定律，電磁感應

(Electromagneticinduction)又稱磁電感應現(xiàn)象，是指閉合電

路的一局部導體在磁場中作切割磁感線活動，導體中就會產(chǎn)生

電流的現(xiàn)象。這種利用磁場產(chǎn)生電流的方法叫做電磁感應，產(chǎn)

生的電流叫做感應電流。

電磁感應現(xiàn)象的產(chǎn)生前提有兩點：

1.閉合電路。

2.穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

讓磁通量發(fā)生變化的方法有兩種。一種方法是讓閉合電路

中的導體在磁場中做切割磁感線的運動；另一種方法是讓磁場

在導體內運動。

(三)直流電與交流電區(qū)別

交流電是用交流發(fā)電機發(fā)出的,在發(fā)電過程中，多對磁極是

按一定的角度均勻分布在一個圓周上，使得發(fā)電過程中,各個線

圈就切割磁力線,由于具有多對磁極，每對磁極

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識產(chǎn)生

的磁力線被切割產(chǎn)生的電壓、電流都是按弦紀律變化的，所以

可以不斷的產(chǎn)生不亂的電流。國內交流電的頻次通常為50赫

茲，即每秒變化50次.有些國家交流電的頻次是60赫茲，即每

秒變化60次。固然也有別的頻次，如電子線路中有方波的、

三角形的等，但這些波形的交流電不是導體切割磁力線產(chǎn)生的,

而是電容充放電、開關晶體管工作時產(chǎn)生的。

直流電的偏向則不隨工夫而變化。通常又分為脈動直流電

和穩(wěn)恒電流。脈動直流電中有交流身分，如彩電中的電源電路

中大約300伏左右的電壓就是脈動直流電身分可經(jīng)由過程電容

去除。穩(wěn)恒電流則是比較理想的，大小和偏向都有不變。

整流：將交流電變成直流電的過程叫做“交流電整流”。整

流可分為半波整流、全波整流、橋式整流等幾種形式。通常的

整流裝置都是利用電子管和晶體二極管的單向導電的性能來整

流的。例如，用錯、硅等半導體材料做成的整流器，已在許多

方面得到廣泛應用。為了適應較高電壓的整流，可將許多單個

整流器串聯(lián)在一起封在一塊絕緣材料中，稱之為“硅堆”。整流

器可將交流負半周的波形除去，使交流變成脈動直流。因此通

過整流后的輸出波形，只含有正弦波的正半周波形。一個理想

的整流器可視為一個開關，正半周的交流輸入時，就有電壓輸

出，如同開關接通一樣；反之，如果負半周交流輸入，則無電

壓輸出，也就相當于開關切斷一樣。所以當正半周的交流輸入,

此開關的有效電阻為零；而在負半周的交流輸入時，有效電阻

為無窮大。實際上的整流器，不可能這樣理想，但相差不遠。

電子管整流器未導電時，其電阻極大，此時的電阻稱為逆向電

阻；整流器導電時，其電阻很小，此時的電阻為順向（正向）

電阻。無論任何情況，所有的整流器都只允許一個方向導電。

此種特性稱為單向傳導或單向特性，二極管（包括晶體管）就

具有此種單向特性。任何含有射極或陰極及集極或陽極的電子

另件，都稱為二極體（包括電子二極管和晶體二極管）。因為

二極體中的電子只能向一個方向流。故所有二極體都有整流特

性。

【半波整流】整流時，通過整流器的只是交變電流

的一個半周。半波整流是最簡單的整流器，但效率很

低，欲想將其整流出的電流波形變?yōu)槠交脖容^困難。

圖5—1所示是一個簡單的晶體管整流電路。從圖5—2

中的半波整流器的輸出波形，與輸入交流波形的比較

可知。當有電流流動的正半周時，輸出波形的瞬時振

幅，完全隨輸入交流波形的正半周的波形而變。所以

在交流輸入電壓的正半周時，通過晶體管電流的波形,

完全與交流輸入電壓的波形相同。由于只有輸入交流

電壓的正半周輸出，輸入電壓的一半

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識就被

損失了。因此半波整流的效力較低，半波整流器的別的一瑕玷,

就是輸出的脈沖電壓及電流的頻次與交流輸入電壓的頻次相同。

要消除其脈動，必須要加濾波器，使整流器的輸出成為平穩(wěn)的

直流。

【全波整流】一種對交流整流的電路。在這種整流電路中,

在半個周期內，電流流過一個整流器件（比如晶體二極管），

而在另外一個半周內，電流流經(jīng)第二個整流器件，并且兩個整

流器件的連接能使流經(jīng)它們的電流以同一方向流過負載。與半

波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的兩個半波，這

就提高了整流器的效率，并使已整電流易于平滑。因此在整流

器中廣泛地應用著全波整流。在應用全波整流器時其電源變壓

器必須有中心抽頭。全波整流使交流電的兩半周期都得到了利

用。其各項整流因數(shù)則與半波整流時不同。

【橋式整流】橋式整流為一全波整流，可變交流電壓為較

高直流電壓，它不需要變壓器有中心抽頭。當交流輸入電壓為

正時，電流由輸入的一邊，經(jīng)一個整流器、負載，再經(jīng)另一個

整流器，流至輸入的另一邊。當交流輸入電壓的負半周時，電

流流經(jīng)另一對整流器和負載。在這輸入電壓正和負的半周時，

經(jīng)過負載的電流方向相同。所以可在負載上產(chǎn)生脈沖直流電壓。

在實際的橋式整流電路中，四個整流器連接成一個整體，由外

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識面聯(lián)

成橋式電路（即只需外面留出四個接線點，其中中間接電源，

中間接負載）。橋式整流克制了半波整流和全部整流的利用率

不高的瑕玷。在無線電手藝和電氣工程中廣泛接納橋式整流電

路。

三、電路

（一）歐姆定律

下面是電學中兩個非常重要的定律，大家看一看下列圖片,

回想一下是哪兩個電學定律？

這就是大家會經(jīng)常用到的歐姆定律，歐姆（右圖）［1787年3

月16日——1854年7月6日］是德國物理學家。XXX發(fā)現(xiàn)了

電阻中電流與電壓的正比關系，即著名的歐姆定律（關系式：

I=U/R,左圖）；電阻的國際單位制“XXX”（C）以他的名字命名。

（二）焦耳定律

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

焦耳（右圖）［1818年12月24日—1889年10月11日］,英

國物理學家，按照實驗（圖左圖）』840年得出"焦耳定律”的

公式，即：。由于他在熱學、熱力學和電方面的貢獻，后人為

了紀念他，把能量或功的單位命名為“焦耳”，簡稱“焦”；并用

焦耳姓氏的第一個字母來標記熱量和“功''的物理量。

（三）基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是電路中電壓和電流所遵循的根本紀律，是

分析和計算較為龐大電路的基礎，1845年由德國物理學家

G.R.XXX提出。它既可以用于直流電路的分析，也能夠用于

交流電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分

析。包孕基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律

（KVL）o

基爾霍夫電流定律是電流的連續(xù)性在集數(shù)電路上的體現(xiàn)，

其物理背景是電荷守恒正義。XXX電流定律是確定電路中隨

便節(jié)點處各支路電流之間干系的定律，因此又稱為節(jié)點電流定

律，它的內容為：在任一瞬時，流向某一節(jié)點的電流之和恒即

是由該節(jié)點流出的電流之和。

基爾霍夫電壓定律是電場為位場時電位的單值性在集數(shù)電

路上的體現(xiàn)，其物理背景是能量守恒?；鶢柣舴螂妷憾墒谴_

定電路中隨便回路內各電壓之間干系的定律，因此又稱為回路

電壓定律，它的內容為：在任一瞬間，沿電路中的任一回路繞

行一周，在該回路上電動勢之XXX即是各電阻上的電壓降之

和。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

（四）電功與電功率

我們知道電能可以轉化為熱能、磁能、化學能等等，電能

轉化為其他形式的能量時，電流做了多少功？電能做功或用電

器消耗電能的快慢程度是多少？這時我們就會用到電功和電功

率來表示。

1.電功

電功定義：電能可以轉化成多種其他形式的能量。電能轉

化成多種其他形式能的過程也能夠說是電流做功的過程，有幾

何電能發(fā)生了轉化就說電流做了幾何功，即電功是幾何。電能

做功的幾何跟電流的大小、電壓的高低、通電工夫長短都有干

系。加在用電器上的電壓越高、經(jīng)由過程的電流越大、通電工

夫越長，電流做功越多。單位焦耳（J）或瓦X秒（WXS）。

計算公式

XXX

2

2,QIRt（焦耳定律）

U

WPtWt

R

WI2Rt

2.電功率

1.電功率定義：電流在單位時間內做的功叫做電功率。是

用來表示消耗電能的快慢的物理量，用P表示。單位：它的

單位是XXX（Watt）,簡稱“瓦"，符號是W。

定義式P

W

2,計算公式PUI

U

tP

R

PI2R

2.額定電壓：額定電壓是電器長工夫工作時所適用的最佳

電壓。高了簡單燒壞，低了不正常工作（燈膽發(fā)光不正常，電

機不正常運轉）。此時電器中的元器件都工作在最佳狀態(tài)，只

要工作在最佳狀態(tài)時，電器的性能才比較不亂，這樣電器的壽

命才得以延長。

3.額定功率：額定功率是指用電器正常工作時的功率。它

的值為用電器的額定電壓乘以額定電流。若用電器的實踐功率

大于額定功率，則用電器大概會損壞。

下圖為北汽電動汽車電機和控制器的銘牌：

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

標稱輸出容量：20KVA額定功率：20KW

4.視在功率：在具有電阻和電抗的電路內，電壓與電流的

乘積叫視在功率（或容量）以字母S或符號Ps表示，單位伏安

（VA）o

5.有功功率：交流電的瞬時功率不是一個恒定值，瞬時功

率在一個周期內的平均值叫做有功功率，因此，有功功率也稱

平均功率。用字母P表示，單位：XXX（w）

6.無功功率：在具有電感（或電容）的電路里，電感（或

電容）在半周期的工夫里把電源的能量釀成磁場（或電場）的

能量貯存起來，在另半周期的工夫里又把貯存的磁場（或電場）

能量送還給電源，它們只是與電源舉行能量交換，并沒有真正

消耗能量。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功

率，以字母Q表示，單位為“乏”。無功功率在數(shù)值上即是視

在功率平方與有功功率平方差的平方根。

剛才提到電能做功的多少跟電流的大小、電壓的高低、通

電時間長短都有關系。加在用器上的電壓越高、通過的電流越

大、通電時間越長，電流做功越多。

（五）電的幾大效應

1.電流的熱效應

當電流通過電阻時，電流做功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，

這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。（用途：如電加熱器、電熱切割

機、飲水機PTC如電加熱器、）

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

2.電流的磁效應

電流的磁效應：電流在其周圍的空間產(chǎn)生磁場。這磁場將

使載流導體或鐵磁物質受到力的感化，這種效應叫做電流的磁

效應。（用途：例如電動機、繼電器、發(fā)電機、電磁鐵等）

3.電流的化學效應

電流通過鹽類、堿類和酸類的溶液，能使它們分解，將電

能轉化為化學能或其他形式能量，這種作用叫做電流的化學效

應。（用途：例如化學電源〈電池〉等）

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

4.光電效應

在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子

會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。光線被物質吸收，

產(chǎn)生電的效應叫做光電效應。（用途：例如太陽能電池、光照

傳感器、攝像頭等）

4、常見電器元件

（一）電阻

電阻：電阻器由電阻體、骨架和引出端三部分構成（實芯

電阻器的電阻體與骨架合二為一），而決定阻值的只是電阻體。

對于截面均勻的電阻體，電阻值為

R

LL

AWt

其中p代表電阻率，A代表截面面積而L代表長度。截面

面積可被分解為寬度W和薄膜厚度to

薄膜電阻體的厚度d很小，難于測準，且p又隨厚度而變

化，故把視為與薄膜材料有關的常數(shù)，稱為膜電阻。實際上它

就是正方形薄膜的阻值，故又稱方阻（歐/方）。對于均勻薄膜，

薄膜阻值R

L

XXX

R

S

L

W

式中W為薄膜的寬度（厘米）。通常Rs應在一有限范圍

內，Rs太大會影響電阻器性能的不亂。因此圓柱形電阻體以

刻槽方法，平面形電阻體用刻蝕迂回圖形的方法來擴大其阻值

范圍，并舉行阻值微調。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

伏安特性是用圖形曲線來表示電阻端部電壓和電流的關系,

當電壓電流成比例時（特性為直線），稱為線性電阻，否則稱

為非線性電阻。

參數(shù)與特性一表征電阻特性的主要參數(shù)有標稱阻值及其答

應誤差、額定功率、負荷特性、電阻溫度系數(shù)等。

標稱阻值用數(shù)字或色標在電阻器上標志的設計阻值。

單位為歐（Q）、XXX（kQ）、XXX（MQ）、太歐

（TO）o阻值按標準化優(yōu)先數(shù)系列制造,系列數(shù)對應于答應誤

差。

電阻的阻值和答應誤差的標注方法有直標法、色標法和文

字符號法。

①直標法

20

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

將電阻的阻值和誤差直接用數(shù)字和字母印在電阻上（無誤

差標示為答應誤差±20%）。

②色標法

將不同色彩的色環(huán)涂在電阻器（或電）上來表示電阻（電）的

標稱值及答應誤差，各類色彩所對應的數(shù)值見表固定電阻器色

環(huán)標志讀數(shù)辨認劃定規(guī)矩如下列圖。

如何使用上表：四環(huán)電阻：一環(huán)數(shù)字（十位）《紅》二環(huán)

數(shù)字（個位）《橙》*倍乘數(shù)《黑》誤差《金》

例;紅橙黑金=23*10=23Q（±5%）

五環(huán)電阻：一環(huán)數(shù)字（百位）《紅》二環(huán)數(shù)字（十位）

《藍》三環(huán)數(shù)字（個位）《綠》

21

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識*倍

乘數(shù)《黑》誤差《棕》

例：紅藍綠黑棕=265*10=265Q（±l%）

答應誤差一實踐阻值與標稱阻值間答應的最大誤差，以百

分比表示。常用的有±5%、±10%、±20%,精密的小于±1%,高

精密的可達0.001%。精度由答應誤差和不成逆阻值變化二者

決定。

③文字符號法：電阻值用數(shù)字、文字符號有規(guī)律的組合來

表示。也有廠家采用慣標記法，如：

3Q3J表示電阻值為3.3Q、允許誤差為±5%

IK8K表示電阻值為1.8KQ、允許誤差為±20%

5MlM表示電阻值為5.1MQ、允許誤差為±10%

文字符號

RQ

KQ

MQ

GQ

TQ

單位及進位關系

(100)

(103)

(106)

(109)

(1012)

名稱

XXX

XXX

XXX

XXX

太歐

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

允許偏差(％)

±0.001

±0.002

±0.005

±0.01

±0.02

±0.05

±0.1

±0.25

文字符號

Y

X

E

L

P

W

B

C

答應誤差（％）

±0.5

±1

±2

±5

±10

±20

±30

文字符號

D

F

G

J

K

M

N

注：大多數(shù)電阻器的允許偏差值J、K、M三類。

例如：6R2J表示該電阻標稱值為6.2Q,答應誤差為±5%；

3K6K表示電阻值為3.6KQ,答應誤差為±10%；IM5M則表示

電阻值為L5MQ,答應誤差為±20%。

（二）電感

（1）電感的分類：①自感器②互感器

自感器：電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、

磁芯或鐵芯等組成。骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大

的固定式電感器或可調式電感器（如振蕩線圈、阻流圈等），

大多數(shù)是將漆包線（或紗包線）環(huán)繞在骨架上，再將磁芯或銅

芯、銅芯等裝入骨架的內腔，以提高其電感量。

例如直流接觸器的線圈，電機的線圈或濾波線圈等。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

互感器：普通電流互感器布局原理：電流互感器的布局較

為簡樸，由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心和構架、殼

體、接線端子等構成。其工作原理與變壓器根本相同。

例如鉗形電流表、電壓、電流互感器、變壓器，電動機。

下列圖所示是電感單位及其換算解說。

電感單位表

(2)電感量及允許偏差

電感量表示電感器的電感大小，它與線圈的匝數(shù)、有無磁

心等有關。允許XXX表示

制造過程今電感量偏差大小，通常有三個等級，如下表所

示：

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

(3)電感器品質因數(shù)。品質因數(shù)又稱為Q值，用字母Q

表示。Q位表示了線圈的“品質”愈高，說明電感線圈的功率損

耗愈小，效率愈高。

(4)電感器額定電流是一個重要參數(shù)。當通過電感器的

工作電流大于這一電流值時，電感器將會燒壞的危險。在電源

電路中的濾波電感器因為工作電流比較大，加上電源電路的故

障發(fā)生率比較高，所以濾波電感器容易燒壞。

(5)電感器色標法。如下圖所示是采用包標法的電感器

實物示意圖。有些固定電感器中，采用色標表示標稱電感量和

允許偏差，這種固定電感器稱為色碼電感器，它的標稱電感量

標注方法如圖(a)所示。

色碼電感器朗讀碼方式與色標電阻器一樣，4條色碼中最

靠電感器一端的為第一條色碼，見上圖(a)中所示，這時靠

在最左邊的一條是第1位有效數(shù)其次是第2位有效數(shù)，第3位

為倍乘，最后一位為允許偏差色碼。

(三)電容

電容是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質構成。當在

兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會儲備電荷，所以電是儲

能元件。任何兩個相互絕緣又相距很近的導體，構成一個電。

平行板電由電的極板和電介質構成。

(1)它具有充放電特性和阻止直流電流通過，允許交流

電流通過的能力。

(2)在充電和放電過程中，兩極板上的電荷有積累過程,

也即電壓有建立過程，因此，電上的電壓不能突變。

電的充電：兩板分別帶等量異種電荷，每個極板帶電量的

絕對值叫電的帶電量。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

電的放電：電南北極正負電荷經(jīng)由過程導線中和。在放電

過程中導線上有長久的電流產(chǎn)生。

(3)電的容抗與頻次、容量之間成反比。即分析容抗大

小時就得接洽信號的頻次高低、容量大小。

型號命名

國產(chǎn)電的型號一般由四局部構成(不適用于壓敏、可變、

真空電)。順次分別代表名稱、資料、分類和序號。

第一部分：名稱，用字母表示，電用C。

第二部分：材料，用字母表示。

第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別用字母表示。

第四部分：序號，用數(shù)字表示。

電用字母表示產(chǎn)品的材料：A-鋰電解、B-聚苯乙烯等非

極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E-其它材料電解、G-合

金電解、H-復合介質、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性

有機薄膜、N-鋁電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-

云母紙、Y-云母、Z-紙介

26

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

容量標示：

(1)直標法

用數(shù)字和單位符號直接標出。如luF表示1微法，有些電

容用“R”表示小數(shù)點，如R56表示0.56微法。

(2)文字符號法

用數(shù)字和文字符號有紀律的組合來表示容量。如plO表示

0.1pF.IpO表示lpF、6P8表示6.8pF、2u2表示2.2uF。

(3)色標法

用色環(huán)或色點表示電的主要參數(shù)。電的色標法與電阻相同。

電偏差標志符號：+100%。-H、+100%-10%-R.+50%-

10%-T.+30%-10%-Q,+50%-20%-S.+80%-20%-Z

(4)數(shù)學計數(shù)法：數(shù)學計數(shù)法一般是三位數(shù)字，第一位

和第二位數(shù)字為有效數(shù)字，第三位數(shù)字為倍數(shù)。標值272,容

量就是：27X102=2700pfo如果標值473,即為47X103=pf。

又如：332=33X102=3300pf。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一局部電的基礎常識

根據(jù)分析統(tǒng)計，電主要分為以下10類：

(1)按照結構分三大類：固定電、可變電和微調電。

(2)按電解質分類：有機介質電、無機介質電、電解電、

電熱電和空氣介質電等。

(3)按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、

高頻耦合、低頻耦合、小型電。

(4)按制造資料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、

電解電容、鋰電容，另有先進的聚丙烯電容等等

(5)高頻旁路：陶瓷電、云母電、玻璃膜電、滌綸電、

玻璃釉電。

(6)低頻旁路：紙介電、陶瓷電、鋁電解電、滌綸電。

(7)濾波：鋁電解電、紙介電、復合紙介電、液體鋰電。

(8)調諧：陶瓷電、云母電、玻璃膜電、聚苯乙烯電。

(9)低耦合：紙介電、陶瓷電、鋁電解電、滌綸電、固

體鋰電。

(10)小型電容：金屬化紙介電、陶瓷電、鋁電解電、聚

苯乙烯電、固體鋰電、玻璃釉電、金屬化滌綸電、聚丙烯電、

云母電。

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

(四)半導體

1.二極管

二極管參數(shù)

(1)最大整流電流IF

是指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過的最大正向平均電

流值，其值與PN結面積及外部散熱條件等有關。因為電流通

過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度(硅管

為141左右，錯管為90左右)時，就會使管芯過熱而損壞。

所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整

流電流值。例如，常用的IN4001-4007型錯二極管的額定正

向工作電流為lAo

(2)最高反向工作電壓Udrm

加在二極管兩真?zhèn)€反向電壓高到肯定值時，會將管子擊穿,

落空單向導電本領。為了包管使用安全，劃定了最高反向工作

電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V,IN4007反向

耐壓為1000Vo

(3)反向電流Idrm

反向電流是指二極管在常溫(25℃)和最高反向電壓作用

下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導

電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系，

大約溫度每升高10℃,反向電流增大一倍。例如2Api型鑄二

極管，在25℃時反向電流若為250uA,溫度升高到35℃,反

向電流將上升到500uA,依此類推，在75℃

29

《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識時，

它的反向電流已達8mA,不僅失去了單方向導電特性，還會

使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25°。時反向電

流僅為5uA,溫度升高到75℃時，反向電流也不過160uAo

故硅二極管比錯二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

(4)動態(tài)電阻Rd

二極管特性曲線靜態(tài)工作點Q鄰近電壓的變化與相應電

流的變化量之比。

(5)最高工作頻率Fm

Fm是二極管工作的上限頻次。因二極管與PN結一樣，

其結電容由勢壘電容構成。所以Fm的值主要取決于PN結結

電容的大小。若是超過此值。則單向導電性將受影響。

(6)電壓溫度系數(shù)auz

auz指溫度每升高一攝氏度時的穩(wěn)定電壓的相對變化量。

uz為6V左右的穩(wěn)壓二極管的溫度不亂性較好

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《電動汽車高壓安全及防護》第一部分電的基礎知識

2.三極管

(1)三極管的分類

按材質分:硅管、錯管貼片三極管。

按結構分:NPN、PNPo如下所示。

按功能分:開關管、功率管、XXX管、光敏